1
5.1. Vật chấtdi truyền củaVSV5.1.1. Vi khuẩn 5.1.1. Vi khuẩn
DNA trong genomcủaTB nhân sơ đượctìmthấy dưới hai dạng cấu trúc: nhiễm sắc thểvà các plasmid
a. Nhiễm sắc thể
• ThểnhâncủaVK làmộtNSTcấu tạo từ mộtphântửDNA xoắnkép (gồmhaimạch xoắn), khép kín (không cóđầu tự do), phânbốtrongtếbàochất.
• Mỗi tếbào VKchỉcómột thểnhân duynhất
• Cấutrúc DNAcủaVKgồmhaichuỗipolymer.Mỗi chuỗi được cấu tạo từ bốn loạimonomer cócấutrúctổngquát gồmba thànhphần:bazơ nitơ dịvòng (dẫn xuấtpurine hoặc pyrimidine), đường deoxyribose (C5) và Acid phosphoric.
• ỞDNA, cóbốn loạinucleotide: adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C) (hay xitôzin)
2
Vật chất di truyền (DNA) của vi khuẩn
Prokaryotic chromosomes
3
b. Plasmidb. Plasmid
• làcấutrúcgồm chuỗiADNxoắnkép khép vòng táchrời với cấutrúcnhiễm sắc thể của tếbào.
• Kíchthước của1 plasmid giaođộng từ1 –hơn400 kilo base pairs (kbp).Số lượngplasmid giaođộng từ1 -hàng trăm bảncopy trong cùng 1tếbào
• Plasmid cóthể chứacác genhoặcnhóm gen mang cácưu thế chọn lọc của tếbào vikhuẩnmang chúng, vídụgen kháng kháng sinh.
4
• Một số loạiplasmid:
- Plasmid kháng thuốc R-plasmid (Resistance plasmid), mang các gene cókhả năngkhánglạikháng sinh hay cácchất độc.
- Plasmidgiớitính(Fertility plasmid): mang các gene vận chuyểncó vai trò quantrọngtrong quá trìnhtiếp hợpchuyểngengiữacác VK
-Col-plasmid:chứagene mã hóa chosự tổng hợpcolicin
làmộtprotein cóthể giết chếtcác vikhuẩnkhác. - Plasmid phânhủy(Degradative plasmid):giúp phân
hủycáchợp chất hữu cơ chết từ động,thực vậtsử dụng dụngtrong sinhtổng hợp để tạo năng lượng - Plasmid mangđộctính (Virulence plasmid):giúp cho
vikhuẩncókhả nănggâybệnh.
5
Vai trò của plasmid
Mang các gen sx kháng sinh,đồng thời cũng sảnsinh các gen khánglạikháng sinhlây lan tính khángthuốctrong cộng đồng
Mang các gen liên quanđến chuyểnhóa/phânhủycácchất thảitrong môitrường
Ở một sốVK gâybệnhchongườivàđộng vật,plasmidchứa một sốgensản xuấtcácloại độc tốvà các protein cóhoạt tính cao cóchức năng tăng cường độc lựccho vikhuẩn.
Nhiềuplasmid cólợivídụ nhưplasmid có trong vikhuẩn cố định ở nốt sầncâyhọ đậu,cókhả năng tạocho các vi khuẩn nốt sầnthunhận nitơkhítrời để sản xuấtprotein.
Sử dụngtrongliệupháp gen:chuyểngen thaythếgenbệnh trongđiều trị bệnh ở người
Sử dụngtrong côngnghệtáitổ hợpDNA:vận chuyển thuốc (insulin)
c. Episome
• Episomes lànhữngplasmid cókhả năng gắnxen vào DNA nhiễm sắc thể củasinhvật chủ.
• Nhờ khả năngnày, chúng cóthể tồn tạitrongmột thờigian dài,đượcsao chép cùng lúcvớiDNAnhiễm sắc thểkhi tế bào phân chia, và trở thànhmột phần trongbộmáy di truyền của tếbào.
• Episome cótrọng lượngphântử lớn,tối thiểu62kbp.
• Virusđượccoi là 1 episome
• F factor (Fertility factor- F plasmid)tồn tại ở3dạng: F+, Hfr và F primer
• Các gennhảy(transposons)
7
Plasmid và episome
8
5.1.2. Vật chấtdi truyền ở virus
Mỗi loại viruschỉ chứa một loạiacid nucleic: DNA hoặc RNA,chuỗi đơnhaychuỗikép,dạng sợi thẳng haydạngvòng.
Virus bé nhất khoảng4 gene và lớn nhất khoảngvài trămgene.
Bản chất của hiện tượngditruyềnlà ADNhoặcARN cókhả năng tựnhân lên, quá trình nàyđược gọilà quá trình tự sao chép. Sau đó ADN được dùngđể làm khuôntổng hợpARN trong quá trình phiên mã.
Một số loạivirus thông tin ditruyền nằmtrong ARN vì vậy đểcóthể lắpgenomcủa bảnthân vào NSTcủaTB, virusphải tổng hợpraADN trung giantừ sợikhuôn ARN. Quá trình nàyđược gọilà quá trìnhphiên mã
ngược, cuốicùng, sinh tổng hợpproteindiễnra trên
phức hợpbaogồm sợi mARN, ribosome. 9 10
5.1.3. Vật chấtdi truyền ở VSV nhânthật
Là acid nucleic DNA, RNA: DNA mangmậtmã thông tin di
truyềntrong khi RNA tham giachuyểnhóamậtmã này thành protein màthể hiệntínhtrạng.
Điểmkhácbiệt lớn giữaVSV nhânthậtvà VSV nhânsơlà nhânthậtcó màng nhânvàgenomethường gồmhaibộ(lưỡng bội) hoặc đôikhinhiều hơn nhiễm sắc thể (ở thực vật: tam
bội, tứ bội, đa bội) cũng cấu tạo từDNAxoắn képnhưng
không khép kín(cóđầu tựdo)
Tuy nhiênở nhiều nấmvàthực vậtNSTở thể đơn bội.Thể đơn bộinàyở nhiều nấm tồn tạisong songvới thể lưỡng bội
vàdạng tếbào song nhân - có hai nhânđơn bộiriêngrẽ.
Bên cạnh genome nhiễm sắc thể (ở trong nhân), ở các eukaryote còn cóhệ thốngtín hiệuditruyền khác là DNA trong các tythểvàlạp thể. 11
5.2. Cácphương phức vận chuyểnthông tin di
truyền
5.2.1.Ởvsv nhânthật
Khithụtinh, cácbộgenđơn bội kết hợp vớinhauhợp tử lưỡng bội. Qua các quá trình nguyên phân liêntiếp,ở hợp tử diễnrasựtáitổ hợp giữahaibộgen (hình thành cácbắtchéo, xảyra khi NSTtương đồng tiếp hợp). Trong quá trình này, NST đứtra vànối tạicácđiểm tương ứng.
Vìthếnguyênliệuditruyền đượctraođổi giữacácnhiễm sắc tử vớinhau. Traođổichéo làmột sự kiện ngẫunhiêndẫn đếntáitổ hợpditruyềnvà vìthếlàmnảysinh cáchệgenmới.
Traođổichéo cóthể xẩyrabất kỳ nơinào trên NST. Các giao tử chứa tổ hợpgenmới gọilàkiểutáitổ hợp vớinhau vàsự giảmphân (phân bàogiảm nhiễm) thànhbộgenđơn bội(giao
13
5.2.2.Ởvikhuẩn
• Chỉmột phầnphântửADNđược chuyển từTB cho sang TB nhận, dođó sẽ xuất hiệncác hợp tử một phần.
• ADNcủa TB nhận vàmột phần ADNcủa TB cho
ghépđôivà traođổi đoạn. Khi phân chia nhân và phân bàotiếptheosẽ xuất hiện mộtTBchỉ chứa một nhiễm sắc thể đãtáitổ hợp.
• Tùy theo cáchvận chuyểnADN, ta phânbiệtbakiểu vận chuyểntínhtrạngditruyền ởvikhuẩn:biến nạp, tải nạpvàtiếp hợp, sau khi ADNđược chuyển, trong tếbàonhận sẽ diễnra táitổ hợp. ADNcủaTB cholắp vào ADNcủaTBnhận(sựtáitổ hợp).
14
15
a.Biến nạp(Transformation)
• Làsự vận chuyểnADN hòa tancủaNSTthể từvk cho sang vknhận.
• Khitếbào vkbị vỡdobịdunggiải(lysis), ADNdạngvòng tròncủachúng thoát ra môitrườngthành cácđoạn thẳng với chiềudài khác nhau, cókhả nănggâybiến nạpcho các tếbàonhậnkhác.
• Griffithnăm1928đãkhám phá sự biến nạp ở phế cầu bằngthínghiệmsauở chuột nhắt
Thínghiệm củaGriffith: Tiêm chochuột chủng phế cầu khuẩn độc lựcS (có giáp mô) vàchủngkhông cóđộc lực dạng R (không có giáp mô)
16
Một sốnhântố được gọilà “nhântố biến nạp”đã được truyền từ phế cầu khuẩn dạngS sang PCKdạngR, làmbiến đổiTB R thành TBdạngS, cóđộc lực 17
• 1944 O. T. Avery, McCleod và McCarty làm lại thí nghiệm của Griffith và phát hiện ra rằng,khichuột đượctiêm vikhuẩnRtrộn lẫn vớigiáp môcủavikhuẩn dạngSđã được xửlý chuộtthìchuộtkhôngchết.Nhưngkhi tiêm vk dạng R trộn lẫn với NST của vk dạng S thì chuột chết
NSTcủa phế cầu khuẩn dạngS là nguyên nhân của sự biến nạp chứkhôngphảilà giáp mô
Sự biến nạp của vi khuẩn liên quanđến sự truyền một phầnDNAtừ tếbào vkchết(tb cho- donor) cho tb vk sống(tbnhận-recipient). Quá trình nàyđược gọilà táitổ hợp
• Điều kiện đểcóbiến nạp:
Vikhuẩn cần chuyển nạp phải ởtrongmộttìnhtrạngsinh lýđặc biệt gọilàkhả nạp(competence).
Kíchthướcvàsố lượng củaADN:hiện tượng chuyển nạp chỉ xẩyravớicácđoạnADN cótrọng lượngphântử vừa phải,từ105-107.Mỗi đoạnADNchuyển nạp tương đương với một đoạn1/200-1/500hệgencủa tếbào cho. Cónghĩalà phảichianhỏ chuỗiADNcủa tếbào cho ra 200-500,đoạn nhỏcácđoạnnàymớicókhả năng chuyển nạp.
Thànhphầnmôitrường cũng ảnh hưởng đến tần số chuyển nạp. Vídụcó albumin và phosphat trong môitrườnglàm tăng tần số chuyển nạp, trái lại casein làmgiảm tần số chuyển nạp.
Nhiệt độthíchhợplà 29-32oC.
19
Các giai đoạn của quá trình biến nạp
Sau khi xâm nhập, phân tử ADN sợi kép bịenzyme endonucleasecắt ởmàngtếbào thànhđoạn ngắn sợi đơn vàđivào nguyên sinhchất.
ĐoạnADNsợi đơn kết đôi vớiADNcủaTBnhận ở đoạn tương đồng rồitáitổ hợp;bằngcáchđóADNbiến nạp kết hợpvào NSTcủaTBnhận.
NST táitổ hợplà phân tửADNsợi képcủa TB nhận trongđó một đoạn ngắn của một sợi đượcthaythế bằng một đoạnADNcủaTB cho.
Ơ các vi khuẩn, bình thườngkhông xẩy ra biến nạp nhưngkhiđược cảm ứngtrong phòng thínghiệmthìsẽ xẩyrabiến nạp.
Vídụ: vi khuẩn E. coli khi xử lýbằngdungdịch CaCl2 vàbảo quản lạnh thìxẩyrabiến nạp.
20
b. Tải nạp(Transduction)
• Tải nạplàsựvận chuyểnADNtừvi
khuẩnchođếnvikhuẩn nhậnnhờ phage (thực khuẩn thể).
• Thí nghiệm của Zinder và Lenderbergchứngminh phage là nhântố chuyểngen
TN củaZinder và Lederberg: Nhánh A: VK Salmonella khôngbị đột biếncó genotype Trp+ (cókhả năng tổng hợpTryptophan). Nhánh B: VK Salmonellađột biến có genotype Trp- (không có khả năng tổng hợpTryptophan). Sauthờigian nuôi nhánh Bxuất hiện vk có khả năng tổng hợp
tryptophan Trp+
21
Các kiểu tải nạp
Tải nạpchung hay tải nạpkhôngđặc hiệu
• Xảyra khi phagetải nạpcóthểmangbất kỳgen nào
từVK chochuyểnsang cho VKnhận Tải nạp đặc hiệu
• Đólàsự tải nạpmà phagechỉcókhả năng tải nạpmột
tínhtrạngditruyền, do ADNcủaphagetải nạp chỉ kết hợp vớimột đoạnxácđịnh của hệgenvikhuẩn
• Vídụ: phageλ của E. coili K12, phage này làm tan nhữngnòidại củaE. coli K12chỉcóthể tải nạp đoạn DNA xácđịnh hoạttính vàtạothành enzyme lên men galactoza (Gal+)từnòi E. coli Gal+ sang nòi E. coli Gal-
22
c. Tiếp hợp (Conjugation)
• Tiếp hợplàhiện tượng vận chuyển vật chấtthông tin di truyền từVK cho sang VKnhậnkhi hai VKtiếpxúcvới nhau.
• Tiếp hợp đơn giản qua pili giớitính (sex pili) của vi khuẩnmang F+plasmidtruyền vật chấtditruyềncho vi khuẩn nhậnF-
• Tiếp hợp thường xảyragiữa nhữngVK cùng loàinhưng cũngcóthể xảyragiữa nhữngVK khác
5.3. BIẾN DỊ
5.3.2.Biến dị kiểuhình
• Lànhững biến dị vềcác tínhtrạngbên ngoài, tạm thời, thuận nghịchvà khôngổn định của quần thểvsv.
• Biến dị xuất hiệndosựtácđộng củacác nhântố ngoại cảnh
• Những biến dịnàyxuất hiện chậmvàmất đikhi cácyếu tố làmxuất hiệnchúngmất đidođó đâylàbiến dịkhông di truyền.
a.Biến dịhình thái vsv
Hình tháicủavsv cóthểthayđổidoảnh hưởng của những yếu tốkhác nhau:
- Thànhphầnhóahọc củamôitrường
- Điều kiệnnuôicấy(pH,nhiệt độ, ápsuất…)
- Những chất độc(chấtsát trùng, kháng sinh…)
25
b.Biến dị về dạng khuẩn lạc
-Đượccoi làbiến dịgây rabởi điều kiệnmôitrường.- Donhững tổn thươngtrongcấutrúccủaTB vikhuẩncó